交換電流密度

當電極反應處於平衡時，電極反應的兩個方向進行的速度相等，此時的反應速度叫做交換反應速度。相應的按兩個反應方向進行的陽極反應和陰極反應的電流密度絕對值叫做交換電流密度，用io表示。

基本介紹

• 中文名：交換電流密度
• 外文名：Exchange current density
• 狀態：電極反應處於平衡
• 相關：反應物質的濃度
• 材料：hg等

概念

交換電流密度是對同一個電極反應而言的。交換電流密度是一個電極反應自身的性質，是一個熱力學的概念，與外界條件是無關的，不管是否處於平衡態。當一個電極反應處於平衡態時，陰極反應和陽極反應的電流密度相等，對應的電流密度是該電極的交換電流密度。交換電流密度可以用來描述一個電極反應得失電子的能力，及可以反映一個電極反應進行的難易程度。

其大小除受溫度影響外，還與電極反應的性質密切相關，並與電極材料和反應物質的濃度有關。

電極極化程度（過電位）的內因是交換電流密度的大小，交換電流密度大，則對於一個電極反應而言所需的推動力（外電流密度）小，反之，交換電流密度小，則對於一個電極反應而言所需的推動力（外電流密度）大。

根據Tafel曲線計算交換電流密度。

交換電流

交換電流就是當電極處於平衡狀態（即不被極化）時，發生再同一電極上的還原反應的絕對電流密度或氧化反應的絕對電流密度。它與電極反應的可逆性有關，它是當電極平衡時單向電極反應速率的一種標誌。

交換電流很大，則表明在巨觀上“靜止不變”的電極，但它上面的氧化反應和還原反應卻都還在以很高的速率進行。一般說來，在各種電極上氫析出反應的交換電流很不相同。但是交換電流越大，說明電極越容易被極化。

交換電流是描述電極反應可逆程度的基本動力學參數。它反映了體系所固有的動力學特徵。因此在電化學中研究電極過程動力學時，人們總是力圖測出電極反應的交換電流。

舉例

下表列出了某些電極反應在室溫下的交換電流密度。

電極; 材料	溶液組成	電極反應	jo/(A/cm2)
Hg	0.5mol/L H2SO4	H+ +e=H2	5×10-13
Ni	1.0mol/L NiSO4	1/2Ni2+ +e=1/2Ni	2×10詞條圖冊
Fe	1.0mol/L FeSO4	1/2Fe2+ +e=1/2Fe	10-8
Cu	1.0mol/L CuSO4	1/2Cu2+ +e=1/2Cu	2×10-5
Zn	1.0mol/L ZnSO4	1/2Zn2+ +e=1/2Zn	2×10-5
Pt	0.1mol/L ZnSO4	H+ +e=H2	10×10-4

相關研究

採用線性掃描伏安法研究了各種石墨(碳)電極的動力學性能，結果表明,隨著電極嵌鋰程度的增加，其交換電流密度(i0)增大。熱解炭的交換電流密度較小，軸定向結構的石墨化碳纖維GCF的反應活性有所提高，改性天然石墨SMG表現出最大的交換電流密度。

交換電流密度主要取決於碳材料表面碳原子含量及其電化學活性，表面碳原子含量較高、活性增強時，碳材料的交換電流密度較高。

利用陰極極化曲線測試法 ，測試分析了不同碳材料和不同方法製備的鉑碳複合電極的交換電流密度。實驗結果表明 ：鉑碳複合電極製備過程中碳材料的選取對其製備的複合電極交換電流密度有著非常重要的影響。在相同鉑含量條件下，用聚亞苯基樹脂碳製備的鉑碳複合電極交換電流密度約為用乙炔黑製備的鉑碳複合電極交換電流密度的 4 .6倍左右。